（计算机应用技术专业论文）基于xscale架构的仓储监控系统的设计与实现.pdf

人连理1 ：大学硕十学位论文 摘要 随着嵌入式技术和网络技术的飞速发展，将计算机技术应用到生产、生活的各个领 域已经成为人们迫切的需求。本文即是根据仓储行业的具体需求，结合当前先进的嵌入 式研究成果，为仓储管理人员开发的仓储安全监控系统。本系统通过高性能的嵌入式终 端设备及相关网络技术为仓储管理人员提供了一个操作简便、功能强大的仓储管理工 具。 本系统主要由嵌入式终端、p c 机和m s p 4 3 0 监测板三部分组成。嵌入式终端以 x s c a l e 架构的p x a 2 5 5 处理器为核心，以w i n d o w sc e n e t 为操作平台，通过无线网络 和g s m 网络与p c 机和m s p 4 3 0 监测板通讯，为管理者提供视频查看、数据查询、远 程监测等功能。p c 机端作为服务器为嵌入式终端提供视频采集数据与数据查询结果； 同时m s p 4 3 0 监测板利用多普勒效应传感器实现无人监测，并通过t c 3 5 模块和g s m 短消息服务网络与嵌入式终端通信。 本文以嵌入式终端设备为主体，全面论述了系统的设计与实现。在嵌入式终端的硬 件设计中，介绍了核心处理器的选型，并详细论述了存储设备、通讯接口、人机交互等 外围模块的硬件电路设计与实现。随后介绍了w i n d o w sc e n e t 的移植过程，并详细论 述了显示器、触摸屏、s d 卡、c f p c 卡等外围设备驱动程序的开发。接下来主要论述 了应用程序的开发，包括嵌入式终端与p c 机之间的基本通讯与数据库查询，视频图像 的采集、传输与显示，m s p 4 3 0 监测程序及g s m 短消息通讯等。本文最后对系统作了 总结，并针对目前尚有的不足及未来的进一步应用与发展作了展望。 关键词；p x a 2 5 5 ：嵌入式系统；w i n d o w sc e n e t ；m s p 4 3 0 ：g s m 火连理工大学硕十学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs t o r a g em o n i t o rs y s t e mb a s e d o nx s c a l e a r c h i t e c t u r e a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fe m b e d d e dt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，i ti s p e o p l e sa c t i v ed e m a n dt ou s et h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yi n t ov a r i o u sp r o d u c i n ga n dl i v i n g f i e l d s a c c o r d i n gt ot h ec o n c r e t ed e m a n do ft h es t o r a g ea r e a ，t h i sp a p e rd e v e l o p sas t o r a g e s e c u r i t ym o n i t o rs y s t e mw i t ha d v a n c e da c h i e v e m e n to fm o d e me m b e d d e dt e c h n o l o g yf o rt h e s t o r a g em a n a g e r b yt h eh i g hp e r f o r m a n c ee m b e d d e dt e r m i n a la n dt h en e t w o r kt e c h n o l o g y ， t h es y s t e mp r o v i d e sap o w e r f u ls t o r a g em a n a g et o o lw h i c hi se a s yt oo p e r a t i o nf o rt h es t o r a g e m a n a g e r t h es y s t e mm a i n l yc o n s i s t so ft h ee m b e d d e ds y s t e mt e r m i n a l ，p c ，a n dt h em s p 4 3 0 m o n i t o rb o a r d t h ee m b e d d e dt e r m i n a la d o p t st h ep x a 2 5 5p r o c e s s o ra st h eh a r d w a r ec o r e ， a n db a s e do nt h ew i n d o w sc e n e ts y s t e m i tp r o v i d e sv i d e om o n i t o r , d a t aq u e r y ，a n dr e m o t e m o n i t o rf u n c t i o n st ot h em a n a g e rb yc o n n e c t i n gt op ct h r o u 曲w i r e l e s sl a na n dc o n n e c t i n g t om s p 4 3 0m o n i t o rb o a r dt h r o u 曲g s mn e t p cw o r k sa st h es e r v e r , a n di tp r o v i d e st h e c a p t u r e d v i d e od a t aa n dq u e r yr e s u l tt ot h ee m b e d d e dt e r m i n a l t h em s p 4 3 0b o a r d i m p l e m e n t sn o b o d ym o n i t o rb yu s i n gt h ed o p p l e rs e n s o r ，a n di tc o n n e c t st ot h ee m b e d d e d t e r m i n a lt h r o u i g i lt h et c 3 5m o d u l ea n dt h eg s ms h o r tm e s s a g es e r v i c en e t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ew h o l ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e m ，e s p e c i a l l yt h e e m b e d d e ds y s t e m i nt h eh a r d w a r ed e s i g no ft h ee m b e d d e ds y s t e m t h ep a p e ri n t l o d u c e st h e s e l e c t i o no ft h ec o r ep r o c e s s o r ，a n dd i s c u s s e so nt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es t o r a g e d e v i c e ，c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，m a n - m a c h i n e i n t e r f a c ea n ds oo n t h e n ，t h e p a p e r i n t r o d u c e st h ep r o c e d u r eo ft r a n s p l a n t i n gt h ew i n d o w sc e n e to p e r a t i o ns y s t e m ，e s p e c i a l l y t h ed e v e l o p m e n to ft h ed e v i c ed r i v e r ss u c ha sl c d ，t o u c hs c r e e n ，s dc a r da n dc f p cc a r d l a t e r ，i tm a i n l yd i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n to ft h eu s e rp r o g r a m ，i n c l u d i n gt h eb a s i c c o m m u n i c a t i o na n dd a t aq u e r yb e t w e e nt h ee m b e d d e ds y s t e ma n dp c ，c a p t u r i n g ，t r a n s m i t t i n g a n dd i s p l a y i n gt h ev i d e oi m a g e ，t h ep r o g r a mo ft h em s p 4 3 0m o n i t o rb o a r da n dt h es h o r t m e s s a g ec o m m u n i c a t i o nt h r o u g hg s m n e t a tl a s t ，t h ep a p e rm a k e ss u m m a r yt ot h es y s t e m ， a n d p u t sf o r w a r di nt h ef u t u r eo nt h ec u r r e n ti n s u f f i c i e n c ya n dt h ef u r t h e r u s e k e yw o r d s ：p x a 2 5 5 e m b e d d e ds y s t e m ；w i n d o w sc e n e t ；m s p 4 3 0 ：g s m 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名；母窒日期：型! ：! ：! 人连理i = 大学硕十学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 圊宇 导师签名： 人连理1 人学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题背景 随着市场的国际化和我国物流业的不断发展，仓储业已经成为物流过程中的重要一 环。但随着仓储规模的不断扩大，传统的仓储管理方式与硬件设施已经不能满足管理者 的需求。计算机技术和电子技术的发展促进了仓储安全管理的科学化和现代化，仓储安 全管理必将突破传统的经营管理模式，增加安全管理的科技含量，依靠科技手段，推。 应用仓储安全监控技术，提高仓储安全管理水平。从现代科技的发展来看，仓储安全监 控技术有如下发展趋势： ( 1 ) 通过计算机技术的发展促进各种仓储安全监控的专用设备和传感器的可靠性及 智能化程度的提高： ( 2 ) 根据实际情况选择多种传输介质，实现监控信号传送手段的多样化： ( 3 1 将计算机技术、多媒体技术和网络技术相结合，使仓储安全监控系统的功能更 强大、内容更直观、运行更可靠； ( 4 1 仓储安全监控模式将由集中监视、集中控制向集中监视、集中管理、分散控制 的方向转变。 通过实际调查和有关资料显示，我国目前的仓储业还存在诸多弱点，如仓储拥有量 大但管理水平较低，仓储社会化程度较低，仓储技术落后、设备陈旧等。尤其在仓储安 全监控方面，大多数仓储部门都没有一套完整的监控机制，采用的技术和设备也十分落 后。 本系统是在对仓储业安全管理的现状进行分析后，结合嵌入式技术的最新发展，为 仓储管理人员开发的仓储管理系统。系统基于先进的嵌入式技术和网络技术，通过视频 查看、数据查询、无人监测等功能，为仓储管理人员提供了一个操作简便、功能强大的 仓储管理工具。 1 2 嵌入式系统及其特点 进入2 1 世纪，随着计算机技术特别是微处理器技术的飞速发展，把计算机技术应 用到各个领域，嵌入到各种设备、装置、产品当中已经成为人们日常工作与生活的迫切 需求；可以说，计算机微型化与嵌入化的趋势，即嵌入式系统正广泛的影响着人们工作、 生活和娱乐的各个方面。 一般的说，嵌入式系统是以应用为中心，以计算技术为基础，软硬件可裁剪，适用 于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统1 1 l 。它一 周宇：基丁- x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序等四个部分组 成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能【1 。由了二具有专用性、实时性等特 点，嵌入式系统已经被广泛的应用于信息电器、移动计算、【：业控制、网络传输、医疗 仪器、教学设备等领域，其相关产品如掌上电脑、m p 3 、p d a 、数字电视、移动电话、 车载g i s 、数控机床，以及各种商业终端、教育终端、控制终端等，都与人们的日常工 作和生活密切相关。 和通用的计算机系统相比，嵌入式系统具有如下一些特点： ( 1 ) 嵌入式系统是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 他集成了先进的计算机技术、半导体技术、电子技术以及各个行业的具体应用。 ( 2 ) 嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式c p u 大多都工作在为特定用户设 计的系统中，它通常具有功耗低、体积小、集成度高等特点，许多通用c p u 系统中由 板卡完成的任务集成在芯片内部，这使得嵌入式系统在设计趋于小型化的同时，移动能 力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。 ( 3 ) 嵌入式系统的硬件配置是根据系统的性能指标选择的，其软硬件的结合十分紧 密。由于其应用领域的特殊要求，嵌入式系统软硬件体系结构的内部，各层次、模块的 耦合度比通用计算机要强：相比之下，通用计算机出于可扩展等要求更强调系统的层次 化、模块化和标准化。 ( 4 ) 由于资源有限，嵌入式系统的硬件和软件都必须高效的设计。无论是相对简单 的单片机系统，还是具有操作系统的复杂系统，都必须量体裁衣、去除冗余，力争在同 样的硅片面积上实现更高的性能。 ( 5 ) 嵌入式系统一般都具有较高的实时性要求。为了提高执行速度和系统的可靠 性，嵌入式系统中的软件一般都固化在处理器或存储器芯片中，而不是存储于磁盘等载 体中。 ( 6 ) 嵌入式系统通常采用目标机一宿主机的开发模式，用户不具备自主开发能力。即 使设计完成后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须具备相应的开发工具 和环境才能进行开发。 1 3 嵌入式操作系统的选择 和传统的单片机系统相比，当今的嵌入式系统具有更加丰富的硬件资源，而随着应 用对实时性的要求不断提高，软件的规模也不断扩大，这使得各种嵌入式实时多任务操 作系统成为嵌入式系统软件的主流1 3 】。当前市场上常见的嵌入式操作系统主要有以下几 种： 大连理1 ：人学硕士学位论文 ( 1 ) w i n d o w sc e 微软公司发布的嵌入式多任务操作系统，它支持多种c p u ，具有良好的通信能力， 出色的图形用户界面，较好的实时性以及灵活的电源管理功能，是微软专门为信息设备、 移动应用、消费类电子产品、嵌入式应用等非p c 领域全新设计的战略性操作系统【”。 ( 2 ) 嵌入式l i n u x 嵌入式l i n u x 是标准l i n u x 系统经过小型化裁减处理的嵌入式操作系统，它是能够 固化在容量有限的存储器芯片或者单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用l i n u x 操作系统。嵌入式l i n u x 已经被移植到多种硬件平台上，内核高效稳定，并具备完善的 网络通信和文件管理机制1 5 j 。 ( 3 ) 其它嵌入式操作系统 此外，其它嵌入式操作系统如v x w o r k s 、p a l mo s 、u c o s 等也被广泛的应用于各 行各业的嵌入式系统当中。 在衡量了各种嵌入式操作系统的优缺点后，本系统选择了w i n d o w sc e n e t 作为嵌 入式终端的操作平台。w i n d o w sc e n e t 是一个3 2 位、多线程、多任务的嵌入式操作系 统，它采用独立于通常程序设计语言的体系结构，通过系统的组件化和r o m 化，充分 适应有限的存储空间以及各种不同芯片的要求。在和其它嵌入式操作系统进行比较后， 本系统选择w i n d o w sc e n e t 作为操作平台，这主要基于以下一些原因： ( 1 ) 良好的通信能力 在本系统中，应用程序需要通过无线网络、串行口等和外界进行信息交换，这需要 所使用的操作系统对各种通讯组件和网络协议有较好的支持。w i n d o w sc e n e t 的网络模 块提供了高效的网络应用平台，它广泛支持各种通信硬件，并提供了对诸多通信协议的 支持，通过系统提供的a p i ，用户可以方便的进行各种网络应用的开发。 f 2 ) 出色的用户图形界面 本系统需要完成实时图像的显示功能，并为仓储管理人员提供友好、美观的操作界 面，这些都需要所选择的操作系统具有较好的图形界面支持。w i n d o w sc e n e t 延续了 桌面w i n d o w s 在用户图形界面上的优势，开发人员可以利用丰富灵活的控件库在 w i n d o w sc e n e t 环境下为嵌入式应用建立各种专门的图形用户界面，从这个角度看， w i n d o w sc e n e t 是本系统的首选。 ( 3 1 优秀的可移植性 由于本系统的硬件平台设计具有专用性，这要求所使用的嵌入式系统应能够易于向 硬件平台迁移。w i n d o w sc e n e t 除了提供对不同处理器的支持外，还通过0 a “o e m a d a p t a t i o nl a y e r ) 硬件隔离层实现对不同硬件设备的兼容，丌发者可以钊对具体的硬件 周宇：基于x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 设备修改o e m 适配层，实现w i n d o w s c e n e t 对硬件平台的支持f 酣。此外，w i n d o w s c e n e t 系统的各个功能模块也是可裁减的，开发者可以通过添加或删除相应的功能模块满足具 体应用的需求。 ( 4 ) 改进的实时性能 由于本系统要实现实时龉测功能，所以对操作系统的实时性能有一定的要求。和 w i n d o w sc e 的低版本相比，w i n d o w sc e ，n e t 进一步增强了系统的实时性能，提供了更 完善的中断处理机制和线程优先级机制，这些都使得w i n d o w sc e n c t 适合于对系统实 时性能要求较高的场合。 ( 5 ) 完善的开发工具 微软公司提供了p l a t f o r mb u i l d e r n e t 集成开发环境用来定制w i n d o w sc e n e t 操作 系统，它运行在桌面w i n d o w s 环境下，开发者可以通过p l a t f o r mb u i l d e i n e l 方便的实 现w i n d o w sc e 的系统移植、功能模块裁减与驱动程序开发。在w i d o w sc e n e t 平台 上可以开发基于w i n 3 2 a p i 、m f c 或n e t 框架压缩版的应用程序，这使得熟悉桌面 w i n d o w s 应用程序的开发人员可以较快的进入丌发状态。 w i n d o w sc e n e t 系统的基本结构如图1 1 所示。系统共分为硬件层、o e m 层、操 作系统层和应用层四个层次。最底层是硬件层，指c p u 、板卡等硬件设备组成的硬件系 统。最顶层是应用层，主要包括系统应用程序、客户应用程序、i n t e i 1 1 e t 服务和国际化 的用户接口等部分。 w ；n d o w sc ea r d l i t e c t u r e ! c u s t o ma p p l i 川a t i o ! a p p l i c t l t i o nl 6 y 廿 fi n t e r n e t e l i e n t”i u s e ri n t e r f a c e | i 5 。”。8 5 i w - n d 。w sc e p p j c a t ，lf ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! j s 。删! 戮赢：黹。i ”一“”。 阿犀网面 i = k e i j f o e ma d a p t a t i o nl a y e r ( o a l ) l “”“v ” b o o t ic o n f i g u r a t i o ni j l o a d e r i1 矗。c f h a r d w a ml d v 日r ， 图1 1w i n d o w sc e n e t 糸统结构图 f i g 1 1w i n d o w sc e n e ts y s t e ma r c h i t e c t u r e 大连理t 大学硕士学位论文 o e m 层是嵌入式系统中实现系统可移植性的重要一层，它实现了w i n d o w sc e r l e t 广泛的硬件支持，这层主要包括o a l 模块、系统引导程序、配罨文件和驱动程序。 在实际的系统中，o e m 层实际上包括c s p 、b s p 和驱动程序。其中c s p 用柬支持不同 的处理器体系结构，b s p 支持不同的硬件底板，而驱动程序用来支持不同类型的外围设 备。 操作系统层处于o e m 层和应用层之间，是系统运行和调度的核心，这层主要由 c o r e d l l 、系统内核、设备管理器、图形窗口和事件系统模块、通信和网络服务模块、 对象存储模块、应用和服务开发模块等组成。 1 ，4 本文内容与结构 本文主要介绍了基于p x a 2 5 5 嵌入式处理器和w i n d o w sc e n e t 操作平台的仓储监 控系统，系统通过高性能的嵌入式终端设备和相关的网络及数据库技术，实现了仓储行 业的视频查看、数据查询、远程监测等功能。 本文的结构如下： 第一章为绪论，简要介绍了嵌入式系统的概念和特点，同时较详细的介绍了嵌入式 操作系统的特点和本系统操作系统的选择。 第二章详细论述了硬件平台的设计与实现，包括核心处理器的选型及存储设备、通 讯接口、人机交互等模块的硬件电路设计，随后介绍了系统的资源分配与启动过程。 第三章详细介绍了w i n d o w sc e n e t 操作系统的移植。包括w i n d o w sc e n e t 的定制 裁减以及显示器、触摸屏、s d 卡、c f p c 卡等主要外围设备驱动程序的开发，最后介 绍了e b o o t 程序的开发。 第四章主要论述了应用层软件的开发，主要包括嵌入式终端与p c 机的基本通讯与 数据查询、视频数据的采集、传输与显示、g s m 短消息通讯等。 周宇：基于x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 2 硬件平台设计 2 1 系统整体结构 本系统主要由嵌入式终端、p c 机和m s p 4 3 0 监测板三部分组成，系统的整体结构 如图2 1 所示。 图2 t 系统整体结构图 f i g 2 1a r c h i t e c t u r eo ft h es y s t e m 以p x a 2 5 5 处理器为核心的嵌入式终端通过以太网或无线局域网和p c 机相连接， 实现远程视频图像的在线查看及数据查询功能；而以m s p 4 3 0 为核心的监测板监测多普 勒效应传感器，通过t c 3 5 模块和g s m 短消息服务网络与嵌入式终端通信，实现无人 监测功能。m s p 4 3 0 是一款低功耗的1 6 位单片机，当有人或动物在多普勒效应传感器的 有效范围内( 一般为1 0 米) 移动时，传感器便产生报警信号，m s p 4 3 0 收到报警信号后， 通过a t 指令集控制t c 3 5 模块将该信号以短消息的形式发送给嵌入式终端。 2 2 嵌入式终端的总体设计 嵌入式系统的基本架构是以嵌入式处理器为核心，扩展各种外围设备和硬件接口， 从而实现对众多上层应用的底层硬件支持1 7 1 。在本系统中，嵌入式终端设备以i n t e l 公司 的x s c a l e p x a 2 5 5 处理器为核心，在其外围扩展了f l a s h 、s d r a m 、p c 卡接口、c f 卡 接口、显示器、触摸屏、s d 卡接口、以太网接口、r s 2 3 2 串行口等。嵌入式终端设备 的总体硬件结构如图2 2 所示。 大连理i 人学硕士学位论文 图2 2 系统硬件结构图 f i g 2 2h a r d w a r ea r c h i t e c t u r eo ft h es y s t e m p x a 2 5 5 处理器和f l a s l v 、s d r a m 构成了最小系统，各种外围设备及接口为应用提 供文件存储、信息交互、网络传输等功能。 2 3 硬件模块设计 2 3 1 核心处理器选型 f 1 ) 选择a r m 处理器的原因 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，嵌入式处理器的运算速度和处理效率决定了整 个系统的性能，所以核心处理器的选择在硬件平台的设计中十分重要。由于本系统采用 w i n d o w sc e n e t 作为搡作平台，所以应选择一款w i n d o w sc e n e t 支持的3 2 位嵌入式处 理器。3 2 位嵌入式处理器在种类繁多的嵌入式处理器中只占很小韵一部分，但种类仍然 很多，目前市场上比较流行的主要有以下几种： a r m 处理器 a r m 处理器是基予a r m 内核的一类3 2 位嵌入式处理器的统称，这类处理器具有 功耗低、成本低等显著优点，a r m 处理器目前已经占据了7 5 以上的3 2 位嵌入式产品 市场，在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。 p o w e rp c 处理器 p o w e rp c 处理器是基于p o w e r 体系结构的功能更强、结构更整洁清晰的r i s c 处 理器，是通信领域中应用最多的处理器。 m 1 p s 处理器 周宁：基- 3x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 m i p s 处理器也是一类较流行的嵌入式处理器，它同样采用r i s c 结构，基于m i p s 的系列产品已为很多计算机公司采用来构成各种工作站和计算机系统。 在权衡了各种3 2 位嵌入式处理器的性能与特点后，本系统决定采用a r m 处理器作 为系统的运行核心，这主要是由于a r m 处理器具有如下一些优势： 优秀的性价比 和其它类型的处理器相比，在同样的处理器主频下，基于a r m 内核的处理器具有 最低的功耗、最小的芯片面积和最便宜的芯片价格。 w i n d o w sc e n e t 的良好支持 w i n d o w sc e n e t 对a r m 系列的处理器提供了良好的支持，开发者可以基于 w i n d o w sc e n e t 中提供的a r m 处理器开发包建立自己的系统平台。 开发工具较完善 a r m 架构处理器通常内含嵌入式在线仿真宏单元，通过a r m 公司提供的a d s 开 发环境，可以通过j t a g 调试接口实现对a r m 芯片的在线调试。 ( 2 1a r m 处理器简介 a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 公司是嵌入式r i s c 处理器的知识产权i p 供应商， 它设计了大量高性能、低价格、低功耗的r i s c 处理器、相关技术及软件。a r m 公司将 其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和o e m 厂商，由各半导体公司在处理器 内核或处理器核的基础上进行再设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处 理器或微控制器产品。 a r m 架构处理器采用r i s c 结构，这充分利用了r i s c 结构在嵌入式系统中的优势。 同时，a r m 处理器通常具有大量的寄存器、固定长度的指令格式、以及相对简单的寻 址方式，而在新的a r m 内核中还集成了t r u s t z o n e 、d s p 、j a z e l l e 等技术，这些特点都 使得a r m 处理器更适合于嵌入式领域的应用。迄今为止，a r m 结构共定义了v 1 到 v 6 共六个版本，目前市场上的a r m 芯片种类较多的是基于a r m v 4 - a r m v 6 体系的 内核，其中v 4 版架构是目前应用最广泛的a r m 体系结构吼a r m 内核的发展过程如 图2 3 所示。 目前市场上比较流行的a r m 内核有a r m 7 t d m i 、s t r o n g a r m 、a r m 7 2 0 t 、 a r m 9 t d m i 、a r m 9 2 0 t 、a r m 9 4 0 t 、a r m 9 4 6 t 、a r m 9 6 6 t 和a r m l 0 t d m i 等，这 些内核大体可分为a r m 7 、a r m 9 和a r m l 0 几个系列，其后面的相关字母表明了该内 核所具有的主要特点。早期的a r m 芯片以a r m 7 内核为主流，但随着芯片性能的不断 提高，a r m 9 和a r m l 0 已经逐渐占掘了大部分a r m 芯片的市场。 大连理l ：大学硕士学位论文 图2 3a r m 内核的发展过程 f i g 2 3d e v e l o pp r o c e d u r eo f a r m c 0 1 - e b i s i z e + ( ( l p b i t m a p i n f o h e a d e r x m _ d i b i n f o b u f f e r + s i z e o f f r t ph e a d e r ) + h e a d e r i a b e n g t h ) ) b i s i z e l m a g e + h e a d e r _ l a b e l _ 墟n g t h ，0 ， ( s o c k a d d r + ) & a d d r e m o t e ，s i z e o f ( s o c k a d d r ) ) ； 其中s e n d s o c k 为u d p 套接字。md i b i n f o 定义为d l b i n f 0 类型，第二、第三个参 数分别指明了发送数据的缓冲地址和数据长度，a d d r e m o t e 则指明了发送数据的目的地。 ( 3 1 视频数据的接收与显示 客户端发出视频查看请求并接收到服务器端的确认信息后，即开启接收线程，接收 来自服务器端的视频数据。具体接收过程如下： w h i l e ( 1 ) n r e c v n u m = r e c f r o m ( r e c v s o c k ，r e c b u f 0 ，5 9 0 0 0 ，0 ， ( s o c k a d d r * ) & a d d r r e m o t e ，n a d d r l e n ) ；接收u d p 数据包 i f ( n r e c v n u m 1 1 接收成功 周字：基丁x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 m r t p h e a d e r = 8 ( r t p _ h e a d e r + ) r e c b u f 0 ；n 得到r t p 协议头 i f ( m r t p h e a d e r s e q u e n c e ! = 办鹱收到的不是图像第一帧 c o n t i n u e ；重新接收 n r e c v n u m = r e c f r o m ( r e c v s o c k ，r e c b u f l ，5 9 0 0 0 ，0 ， ( s o c k a d d r 8 ) & a d d r r e m o t e ，n a d d r l e n ) ；接收u d p 数据包 i f ( n r e c v n u m 1 ) n 接收成功 m r t p h e a d e r = 4 ( r t p _ h e a d e r + ) r c c b u f 0 ；得到i u p 协议头 i f ( m r t p h e a d e r s e q u e n c e ! = 1 1 n 接收到的不是图像第二帧 c o n t i n u e ；重新接收 ) 成功接收到两帧数据 通过上述接收方式，嵌入式终端可以实时的接收服务器发送的视频数据帧，并丢弃 不完整的数据帧。接收到连续的两帧数据后，将接收到的数据去掉r t p 协议数据报头 并重新进行整合，即可得到一帧完整的视频数据。通过调用w i n d o w sc e n e t 支持的a p i ， 即可将图像显示在l c d 上，具体方法如下： s t r e t c h d i b i t s ( m h d c ，o , o ，1 6 0 ，1 2 0 ，o , o ，1 6 0 ，1 2 0 ，& g _ d i b b u f n r e c v n u m ， m m a p l n f o ，d i br g b c o l o r s ，s r c c o p y ) ； 其中m h d c 为设备上下文旬柄，gd i b b u f n r e c v n u m 为图像的数据缓冲区，而 d i br g bc o l o r s 则表示图像数据中包含的是明确的r g b 颜色值f 3 3 】。 视频图像数据的采集、传输与显示分别在服务器和客户端的辅助线程中实现，出于 对嵌入式终端处理能力的考虑，本系统中的视频图像没有采用压缩处理。经测试，嵌入 式终端的图像显示最终可达1 5 帧每秒，基本满足仓储安全监测对图像的要求。程序运 行效果如图4 4 所示。 大连理l ：大学硕lj 学位沦文 图4 4 程序运行效果 f i g 4 4p r o g r a mr u n n i n ge f f e c t 4 ，2 。4g s h 通讯功能 ( 1 ) t c 3 5 模块 本系统通过g s m 网络和t c 3 5 模块为仓储管理提供无人安全监测功能。和传统的 远程数据传输方式相比，g s m 短消息业务具有使用方便、价格低廉、覆盖范围广等优 势，这些特点使得被监测设备具有操作性强、实用性强等特点。 本系统使用的t c 3 5 是西门子公司一款性价比较高的g s m 通讯模块，可以快速可 靠的实现数据、语音传输、短消息服务和传真等功能。t c 3 5 模块的工作电压为 3 3 v 一5 5 v ，可以工作在9 0 0 m h z 和1 8 0 0 m h z 两个频段，并具有标准的r s 2 3 2 串行数据 接口，波特率最高可达1 1 5 k b p s l 3 4 】。t c 3 5 模块支持标准a t 指令集，通过标准的串行口 协议即可利用a t 指令集对其进行操作，包括设置工作模式和短消息的发送接收等。 t c 3 5 模块主要由基带处理器、g s m 射频模块、电源a s i c 模块、存储器、z i f 连接器 和天线接口六部分组成，其内部结构如图4 5 所示。 周宁：基于x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 图4 5t c 3 5 功能结构图 f i g 4 5f u n c t i o na r c h i t e c t u r eo ft c 3 5 在t c 3 5 模块内插入s i m 卡即可连接目前的g s m 网络，并在两个模块之间实现短 消息通信。由于标准规定每条信息只能传输1 4 0 个字符或7 0 个汉字，所以短消息通信 一般应用在传输数据量较少的场合。在本系统中，主要用于传输多普勒效应传感器产生 的报警信号，以实现无人安全监测功能。 f m s p 4 3 0 监测板 本系统通过m s p 4 3 0 f 1 4 9 实现对t c 3 5 模块的控制。m s p 4 3 0 f 1 4 9 是1 1 公司推出的 一款超低功耗的工业混合级信号处理器，它采用1 6 位r 1 s c 体系结构，具有6 0 k 的r o m 和2 k 的r a m 空间，同时还集成了2 个u a r t 控制器【3 5 】。m s p 4 3 0 f 1 4 9 的工作电压为 1 8 v 一3 6 v ，具有五种省电模式和睡眠功能，可超低功耗工作。m s p 4 3 0 监控板与多普勒 传感器和t c 3 5 模块的连接如图4 6 所示。 图46m s p 4 3 0 监测板连接图 f i g 4 6c o n n e c t i o no fm s p 4 3 0m o n i t o rb o a r d 人连理l ：大学硕士学位论文 m s p 4 3 0 f 1 4 9 具有多种工作模式，包括正常活动模式和五种低功耗模式，通过控制 m s p 4 3 0 f 1 4 9 的时钟系统，可以方便的实现超低功耗应用。m s p 4 3 0 f 1 4 9 处于低功耗模 式时，任何一个中断事件都可以将其唤醒，执行相应的中断服务程序，并通过中断返 回指令返回到中断前的状态。本系统中m s p 4 3 0 f 1 4 9 开机初始化后即处于低功耗状态， 并通过外部i o 中断实现对多普勒效应传感器的状态监测。多普勒效应传感器的状态信 号线连接在m s p 3 4 0 f 1 4 9 具有中断功能的f o 引脚上，并在初始化程序中将该i o 引脚 置为上升沿中断触发。该信号线正常情况下保持低电平，当有人或动物在多普勒效应传 感器的有效范围内( 一般为1 0 米) 活动时，传感器即通过将信号线置成高电平给出报 警信号，“o 引脚的上升沿中断将m s p 4 3 0 f 1 4 9 从低功耗模式中唤醒并执行相应的中断 服务程序，m s p 4 3 0 f 1 4 9 在退出中断处理后重新回到低功耗模式。m s p 4 3 0 f 1 4 9 的工作 流程如图4 7 所示。 中断返回 图4 7m s p 4 3 0 程序流程圈 f i g 4 7f l o w c h a r to ft h em s p 4 3 0p r o g r a m 根据g s m0 7 0 5 的定义，s m s 短消息的发送和接收模式共有三种，即b l o c k 模式、 基于a t 命令的t e x t 模式和基于a t 命令的p d u ( p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu n i t ) 模式。其中 t e x t 模式是纯文本模式，发送和接收都比较简单，但只能发送英文短消息。考虑到本系 统的通讯信息相对简单，所以选择t e x t 模式进行通信。m s p 4 3 0 f 1 4 9 启动并完成初始化 后，随即进入低功耗模式。多普勒效应传感器通过外部i o 中断将m s p 4 3 0 f 1 4 9 从低功 耗模式唤醒，在1 o 中断服务程序中m s p 4 3 0 f 1 4 9 控制t c 3 5 向嵌入式终端发送报警信 号。m s p 4 3 0 监测板通过m a x 3 2 3 2 电平转换芯片从处理器的u a r t 扩展出标准的9 针 串行接口和t c 3 5 模块连接，在程序中可以通过标准的a t 指令集控制t c 3 5 模块，包 括将t c 3 5 设置为t e x t 二i ：作模式，以及设置t e x t 模式的相关参数等。设置完成后，通 过a t + c g m s 指令即可实现短消息的发送功能p “。 周宁：基于x s c a l e 架构的仓储监控系统的设计与实现 ( 3 1 嵌入式终端报警功能 嵌入式终端通过标准串行接口和t c 3 5 模块连接，用于接收来自m s p 4 3 0 监控板的 报警信息。在e v c4 0 中实现对w i n d o w sc e n e t 的c o m 口操作，即可通过a t 指令集 查询t c 3 5 模块。在w i n d o w s c e n e t 中，应用程序可以通过文件系统访问流设备接口， 即在e v c4 0 中可以通过文件操作实现对串行口的读写，通过d c b 结构体可以方便的 完成串行口的相关配置工作【3 7 】。本系统中串行口的基本设置过程如下： h a n d l ei t ih c o m m ；定义串行口句柄 d c bp o r t d c b ；定义d c b 结构 c o m m t i m e o u t sc o m m t i m e o u t s ； 定义时间配置结构 m _ h c o m m = c r e a t e f i l e ( l ”c o m l ”，g e n e r i c _ r e a d i g e n e r i c _ w r i t e ，